Experimental Study of the Modulus of Deformation Determined by Static and Dynamic Plate Load Tests

Sirko Lehmann, Steffen Leppla, Arnoldas Norkus

Abstract


Soil, or soil structure modulus of deformation, is one of the main design parameters for road engineering and traffic infrastructure design of, for example, highways, railways, runways and embankments. It is also the main soil improvement criterion. When creating any road structure with codified design resistance, one employs structural layers of certain thicknesses and modulus of deformation. Both values need to satisfy the minimum values in accordance with codified requirements. This paper analyzes correlations for the widely applied in engineering practice methods to determine the soil stiffness. The static test methods acknowledged to be exact enough for determining the modulus of deformation for the primary and secondary loadings. As dynamic test methods require significantly less time and financial resources, they are widely accepted in engineering practice. The dynamic methods determine only the dynamic modulus of deformation. Design practice aims to relate it with the static modulus of deformation of the secondary loading. Many countries propose codified correlations, with differing levels of conservatism, to convert the dynamic modulus of deformation into the static one. Developed correlations between the results of the static plate load test and the dynamic plate load tests processed from own test results of different soils are presented and a comparative analysis with other proposed correlations is given.

Keywords:
dynamic plate load test; gravel; improved cohesive soil; modulus of deformation; natural cohesive soil; sand; static plate load test

Full Text:

 PDF

References


AASHTO. (2017). AASHTO T 307 Standard Method of Test for Determining the Resilient Modulus of Soils and Aggregate Materials.

Adam, D., & Kopf, F. (2003). Messtechnische und theoretische Untersuchungen als Grundlage für die Weiterentwicklung und normative Anwendung der dynamischen Lastplatte (Leichtes Fallgewichtsgerät), Mitteilungen des Instituts für Grundbau und Bodenmechanik der Technischen Universität Braunschweig, (68), 1–20.

Bertuliene, L. (2011). Assessment, Research and Use of Methods for Determining the Strength of Base Courses of Road Pavement Structure (Doctoral Thesis, Vilnius Gediminas Technical University, Lithuania). https://doi.org/10.20334/1928-M

Bertulienė, L., Juknevičiūtė-Žilinskienė, L., Sivilevičius, H., & Laurinavičius, A. (2018). Interaction of Physical Parameters and the Strength of Frost Blanket Course in Road Pavement Structure. Baltic Journal of Road & Bridge Engineering, 13(4), 416–428. https://doi.org/10.7250/bjrbe.2018-13.426

Bheemasetti, T. V., Pedarla, A., Puppala, A. J. & Acharya, R. (2015). Design of Sustainable High-Volume Pavements Using Controlled Low-Strength Material From Native Soil. Transportation Research Record: Journal of Transportation Research Record: journal of the Transportation Research Board, 2509(1), 10–17. https://doi.org/10.3141/2509-02

Čygas, D., Laurinavičius, A., Paliukaitė, A., Motiejūnas, A., Žiliūtė, L., & Vaitkus, A. (2015). Monitoring the Mechanical and Structural Behavior of the Pavement Structure Using Electronic Sensors. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 30(4), 317–328. https://doi.org/10.1111/mice.12104

Čygas, D., Laurinavičius, A., Vaitkus, A., Motiejūnas, A., & Bertulienė, L. (2008). Construction of a Test Section Experimental Road Pavement, Long-Term Research, Analysis and Evaluation of Results (Stages 1, 2, 3) (Stage 1). Report of Research Work. Vilnius. 91 p. (in Lithuanian).

DB Netz AG. (1997). DB NGT 39 – Richtlinie für die Anwendung des leichten Fallgewichtgerätes im Eisenbahnbau. Germany.

Deutsches Institut für Normung e.V. (2012). DIN 18134:2012 Baugrund - Versuche und Versuchsgeräte – Plattendruckversuch. Beuth-Verlag, Berlin, Germany.

Elseifi, M. A., Zihan, Z. U. A., & Icenogle, P. (2019). A Mechanistic Approach to Utilize Traffic Speed Deflectometer (TSD) Measurements Into Backcalculation Analysis. Department of Civil and Environmental Engineering Louisiana State University Baton Rouge, LA 70803 Report No. FHWA/LA.17/612, May 2019. Retrieved from http://www.ltrc.lsu.edu/pdf/2019/FR_612.pdf

FGSV – Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswegebau, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau. (2003). Technische Prüfvorschrift für Boden und Fels im Straßenbau TP BF-StB Teil B 8.3 Dynamischer Plattendruckversuch mit Hilfe des Leichten Fallgewichtsgerätes. FGSV Verlag, Cologne, Germany.

FGSV – Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswegebau, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau. (2009a). Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau ZTV E-StB 09, FGSV Verlag, Cologne, Germany.

FGSV – Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswegebau, Arbeitsgruppe Sonderaufgaben. (2009b). Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Tragschichten im Straßenbau ZTV T-StB 95, FGSV Verlag, Cologne, Germany.

FGSV – Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswegebau, Arbeitsausschuss Kommunaler Straßenbau. (2012). Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Aufgrabungen in Verkehrsflächen ZTV A-StB, FGSV Verlag, Cologne, Germany.

FSV – Österreichische Forschungsgesellschaft Straße-Schiene-Verkehr. (2008). Technische Vertragsbedingungen Vor-, Abbruch- und Erdarbeiten RVS 08.03.04 – Verdichtungskontrolle mittels dynamischen Lastplattenversuches. Vienna, Austria.

Gütegemeinschaft Leitungstiefbau e.V. Anhaltswerte zur Kontrolle der Verdichtung mit dem Dynamischen Plattendruckgerät bei der Verfüllung von Leitungsgräben. Berlin, Germany.

Köhler, U., Herald, A., & Hering, A. (1998). Dimensionierung von Oberbauten von Verkehrsflächen und die Einschätzung der Tragkraft des Erdplanums. Vorträge zur Baugrundtagung 1998 in Stuttgart, 487–498, Germany.

Kopf, F., & Erdmann, P. (2005). Numerische Untersuchungen der flächendeckenden dynamischen Verdichtungskontrolle, Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 150(4–5), 126–143.

Kopf, F., Adam, D., & Paulmichl, I. (2005a). Untersuchungen des statischen Lastplattendruckversuchs mit der Randelementemethode, Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 150(4–5), 144–161.

Kopf, F., Adam, D., & Paulmichl, I. (2005b). Untersuchungen des dynamischen Lastplattendruckversuchs mit dem leichten Fallgewichtsgerät unter Verwendung der Randelementemethode, Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 150(4–5), 162–173.

LAKD. (1995). Instruction for Dynamic Testing of Embankment and Base for Automotive Roads. Vilnius, 11 p. (In Lithuanian).

Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen. (2006). Planungsgrundsätze & Qualitätssicherung für den Erd- und Straßenbau. Münster, Germany.

Levenberg, E., Pettinari, M., Baltzer, S., & Christensen, B. M. M. (2018). Comparing Traffic Speed Deflectometer and Falling Weight Deflectometer Data. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2672(40), 22–31. https://doi.org/10.1177/0361198118768524

Lithuanian Road Administration under the Ministry of Transport and Communications. (2007). KPT SDK 07 Rules for the Design of Standardized Road Pavement Structures of Automotive Roads (in Lithuanian).

Lithuanian Standards Board. (2019). LST 1360-5:2019 Soils for road Construction Testing Methods. Static Plate Test. Vilnius, 14 p. (in Lithuanian).

Mair, P. (2005). Der Dynamische Plattendruckversuch mit dem Leichten Fallgewichtsgerät. Neue Landschaft, 50(2), 42–43.

Mateos, A., & Soares, J. B. (2014). Characterization of the Stiffness of Unbound Materials for Pavement Design: Do We Follow the Right Approach? Journal of Transportation Engineering, 140(4), 04014001. https://doi.org/10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000645

Muller, W. B., & Roberts, J. (2013). Revised Approach to Assessing Traffic Speed Deflectometer Data and Field Validation of Deflection Bowl Predictions. International Journal of Pavement Engineering, 14(3), 338–402. https://doi.org/10.1080/10298436.2012.715646

Nasimifar, M., Thyagarajan, S., Chaudhari, S., & Sivaneswaran, N. (2019). Pavement Structural Capacity from Traffic Speed Deflectometer for Network Level Pavement Management System Application. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2673(2), 456–465. https://doi.org/10.1177/0361198118825122

Reichl, I., Michels, U., Schäfer, R., & Spang, C. (2013). Geotechnische Herausforderungen auf der Ausbaustrecke Nürnberg –Ebensfeld. Bautechnik, 90(3), 162–172. https://doi.org/10.1002/bate.201300007

Schmidt, H.-H., & Rumpelt, T. (2009). Erdbau. In K. J. Witt (Ed.), Grundbau Taschenbuch (7th Edition, pp. 1–100). Germany, Berlin: Ernst & Sohn Verlag. https://doi.org/10.1002/9783433600559.ch1

Tompai, Z. (2008). Conversion Between Static and Dynamic Load Bearing Capacity Moduli and Introduction Of Dynamic Target Values. Periodica Polytecnica Civil Engineering, 52(2), 97–102. https://doi.org/10.3311/pp.ci.2008-2.06

Weingart, W. (2003). Der Dynamischer Plattendruckversuch im Straßenoberbau. Schriftenreihe der Arbeitsgruppe Mineralstoffe, 9, 47–53.

Zofka, A., Sudyka, J., Maliszewski, M., Harasim, P., & Sybilski, D. (2014). Alternative Approach for Interpreting Traffic Speed Deflectometer Results. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2457(1), 12–18. https://doi.org/10.3141/2457-02

Zorn Instruments. (2002). Bearing Capacity Test on Subsoil and Granular Layers. Germany.




DOI: 10.7250/bjrbe.2020-15.497

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Copyright (c) 2020 Sirko Lehmann, Steffen Leppla, Arnoldas Norkus

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.